去卷积数字全息重构的微球位置精确测量EI北大核心CSCD

微球三维位置的精确测量是单分子力谱测量技术中的关键。采用同轴数字全息技术对微球的三维位置进行测量。通过同轴数字全息显微系统采集一系列微球的全息图像,利用瑞利-索末菲传播原理对全息图进行三维重构,同时对重构光场进行去卷积运算,消除了散斑、离焦信号等噪音,并对微球球心纵向光场分布进行多项式拟合,提高了微球三维位置测量精度。实验表明,该方法不仅能够对全视场中的微球进行并行测量,而且能够对交叠微球进行测量,纵向分辨力达到2 nm,在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。     

去卷积数字全息重构的微球位置精确测量

微球三维位置的精确测量是单分子力谱测量技术中的关键。采用同轴数字全息技术对微球的三维位置进行测量。通过同轴数字全息显微系统采集一系列微球的全息图像,利用瑞利-索末菲传播原理对全息图进行三维重构,同时对重构光场进行去卷积运算,消除了散斑、离焦信号等噪音,并对微球球心纵向光场分布进行多项式拟合,提高了微球三维位置测量精度。实验表明,该方法不仅能够对全视场中的微球进行并行测量,而且能够对交叠微球进行测量,纵向分辨力达到2 nm,在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。     

离焦图像的互相关匹配法测量微球三维位置研究

为了提高在液态环境中对直径微米量级微球三维位置测量的空间分辨力,尤其是轴向的测量精度,将互相关算法对相似图像高精准的匹配特性与离焦成像法测量微球三维位置的思想相结合,讨论基于互相关匹配的离焦成像法测量微球三维位置的方法。实验表明,该方法对微球轴向位置4 min内连续定位的测量标准差约为0.64 nm,已实现对微球三维方向1 nm阶跃变化的分辨测量,这在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。相同实验条件下,与同轴数字全息显微术对微球三维位置的对比测量和分析也初步说明了该方法在实际测量应用中的可行性与高精度的特点。     

基于双目光栅重建和纹理映射的缺陷三维测量方法

针对工业检测中对表面缺陷的高精度检测和定位需求,提出了一种缺陷特征重建方法。通过在基于双目光栅投影的三维重构系统上附加纹理相机,实现对于重构点云模型的纹理映射,并结合纹理相机图像中提取到的特征区域,完成表面特征的三维重构。针对待测物体需要进行多视角重建的情况,引入精密转台,利用旋转轴标定方法获取不同旋转位置下纹理图像与点云数据的映射关系,并利用基于距离判据的判断方法实现了对遮挡部分点云的剔除。采用四象限临近点搜索和基于距离加权平均的线性插值方法对纹理图像中像素坐标进行三维测量。实验完成了对于图像中标注缺陷轮廓内像素点的重建,实现了对于表面特征的精确尺寸计算和定位,通过对重建的缺陷尺寸和位置进行计算并与影像测量仪测得结果进行对比,可得本文方案对缺陷三维尺寸和位置的测量误差不超过0.2 mm,且能更准确地计算缺陷面积。     

微球三维位置快速精密测量的新方法

为了实现对液态环境中微球三维位置的快速精密测量,尤其是轴向的测量分辨力和速度,基于离焦成像测量理论,结合并改进象限插值法和矢径投影算法,提出了一种新的方法,实现了对微球三维方向1nm测量分辨力的跟踪测量。该方法测量效率高,对单个粒子轴向位置的测量速率最快达到每秒上百帧甚至更高。进一步讨论了横向位置测量误差对轴向测量分辨力的影响,分析了轴向方向大范围的跟踪测量分辨力。通过和相同实验条件下的互相关方法对比,说明该方法在实际测量中具有可行性,在实现相同轴向测量分辨力的情况下测量效率更高。     

基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪设计与应用

传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像,并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征,且测量过程繁琐。针对这些问题,提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜,并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉,利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息,然后通过最小二乘拟合获取球面波参数,并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅,最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明,该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像,同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率,实验中测量了3种不同材料的折射率,其误差均能控制在±5%以内,有较高的测量精度。     

面向结构光三维测量的高稳定映射拼接方法

基于自由视角测量的三维拼接大大提高了测量的便捷性,为了提高视角间三维映射的稳健性,提出了一种改进的高稳定映射拼接方法。根据图像间匹配的特征点实现视角重合,利用结构光相位信息完成特征点三维映射和空间定位。针对特征点相位缺失无法重建的普遍问题,提出利用邻域点插值恢复特征点方法,虚拟重建视角间有效映射点,通过四元数法实现视角间点云的刚性变换和拼接。实验表明,相较传统的方法,该方法平均能将有效特征点数量提升20%,有效提高了映射拼接的稳定性。     

基于单目视觉的静止目标定位方法

以无人机感知与避障为背景,提出了基于运动的单目视觉测距方法.选择摄像机运动过程中在不同位置对同一目标获取的两幅图像,然后利用尺度不变特征变换算法对所选图像进行特征检测和匹配,通过分析同一目标特征点在两幅图像中不同成像位置的变化,结合无人飞行器自身的运动参数,求解出无人飞行器与障碍目标之间的位置信息.采用该方法对不同位置的目标进行定位实验,结果表明该算法的测量精度和时效性可以满足实际避障的要求.     

微球辅助相移干涉三维形貌测量

相移干涉显微镜在微观物体三维形貌的重构横向分辨率上受衍射极限影响,一般在微米级,限制其应用。将高折射率微球嵌入Mirau型相移干涉显微系统中,利用微球超分辨机理提高了其三维重构横向分辨能力,通过和原子力显微镜的测量对比验证了方法的可行性。仿真分析了微球尺寸对光子纳米喷流效应和超分辨能力的影响;同时使用两种不同尺寸的微球对275nm线宽的标准光栅样品进行了三维形貌重构;结果表明,在两种微球的辅助下,相移干涉显微系统均能够精确还原样品的三维结构,光栅深度测量结果与原子力显微镜结果相当。在微球辅助下,系统的横向分辨能力达到了275nm,相较于不使用微球的情况下提高了2.1倍,微球的最高放大率达到了3.4倍。系统在微纳米测量等领域具有较高的应用价值。     

微球耐压性能的自动测量方法（英文）

空心微球具有广泛的应用,耐压性能是其重要特性之一。但人工测量劳动强度大且精度较差。提出一种基于图像检测的自动测量方法,可检测微球加压过程中的破损情况并记录压力值。首先,利用梯度霍夫变换定位微球,再通过Canny边缘检测提取微球轮廓信息,并减少环境因素对检测的影响。最后Hu不变矩被用来将加压中的微球图像与加压前图像进行匹配,当微球破损后,匹配结果超过阈值,判定微球失效。为证明方法的准确性和稳定性,搭建了实验平台,对不同直径的玻璃和塑料微球进行了加压实验。实验结果表明,微球破损的成功识别率几乎为100%,同时微球破损时的压力值也被准确地记录。     

微球耐压性能的自动测量方法（英）

空心微球具有广泛的应用,耐压性能是其重要特性之一。但人工测量劳动强度大且精度较差。提出一种基于图像检测的自动测量方法,可检测微球加压过程中的破损情况并记录压力值。首先,利用梯度霍夫变换定位微球,再通过Canny边缘检测提取微球轮廓信息,并减少环境因素对检测的影响。最后Hu不变矩被用来将加压中的微球图像与加压前图像进行匹配,当微球破损后,匹配结果超过阈值,判定微球失效。为证明方法的准确性和稳定性,搭建了实验平台,对不同直径的玻璃和塑料微球进行了加压实验。实验结果表明,微球破损的成功识别率几乎为100%,同时微球破损时的压力值也被准确地记录。     

微球耐压性能的自动测量方法（英）

空心微球具有广泛的应用,耐压性能是其重要特性之一。但人工测量劳动强度大且精度较差。提出一种基于图像检测的自动测量方法,可检测微球加压过程中的破损情况并记录压力值。首先,利用梯度霍夫变换定位微球,再通过Canny边缘检测提取微球轮廓信息,并减少环境因素对检测的影响。最后Hu不变矩被用来将加压中的微球图像与加压前图像进行匹配,当微球破损后,匹配结果超过阈值,判定微球失效。为证明方法的准确性和稳定性,搭建了实验平台,对不同直径的玻璃和塑料微球进行了加压实验。实验结果表明,微球破损的成功识别率几乎为100%,同时微球破损时的压力值也被准确地记录。     

微球耐压性能的自动测量方法（英文）

空心微球具有广泛的应用,耐压性能是其重要特性之一。但人工测量劳动强度大且精度较差。提出一种基于图像检测的自动测量方法,可检测微球加压过程中的破损情况并记录压力值。首先,利用梯度霍夫变换定位微球,再通过Canny边缘检测提取微球轮廓信息,并减少环境因素对检测的影响。最后Hu不变矩被用来将加压中的微球图像与加压前图像进行匹配,当微球破损后,匹配结果超过阈值,判定微球失效。为证明方法的准确性和稳定性,搭建了实验平台,对不同直径的玻璃和塑料微球进行了加压实验。实验结果表明,微球破损的成功识别率几乎为100%,同时微球破损时的压力值也被准确地记录。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

基于荧光偏振分像的多翅翼结构三维全场测量

昆虫飞行过程中，翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象，各个翅翼间相互遮挡，导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题，提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法，进行多翅翼结构的三维全场变形测量，解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理，采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路，实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌；结合荧光散斑的光谱特征，在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光，利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑，实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验，标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态，给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态，验证测量方法的可行性。     

手-眼视觉动态目标定位方法研究

提出了一种机器人手-眼视觉分步动态目标定位方法,实验中保持摄像机图像平面与工作台平面平行,通过摄像机在不同高度对工作台上目标的分步拍摄并获取目标位置信息,将目标定位的三维关系简化为二维关系处理。在摄像机对目标定位的过程中,目标位置信息被不断修正,最终将目标定位在图像的中心位置,进而引导末端执行器完成对目标的准确抓取。实验结果显示该手-眼视觉分步动态目标定位方法定位准确、可靠性高。     

激光跟踪仪靶标球镜面中心定位方法

当激光跟踪仪应用于多传感器三维视觉测量系统的全局标定时,由于标定现场环境复杂,靶标球镜面区域所成光斑随环境光强、视觉测量系统观察角度和激光投射角度的变化而改变,给靶标球镜面中心的准确定位提出了很大的挑战。设计了一种对光照变化不敏感、对激光点形状和光强分布无要求的靶标球镜面中心定位方法。该方法首先利用图像分割法准确定位靶标球所在区域,然后对该区域进行滤波,去除图像中的噪声并增强靶标球与背景的对比度,之后进行靶标球分割和强反光区域去除,通过图像形态学处理得到靶标球镜面区域,最后对该区域的像素坐标进行统计,得到镜面中心定位坐标。实验采用79幅复杂多变的镜面区域光斑图像进行实验验证,该方法正确定位率可达到91.2%,其中平均定位误差RMS低于0.74像素,基本满足全局标定对靶标球镜面中心定位精度的要求。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

 在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

采用超连续谱激光的双光束光纤光阱实验

以超连续谱激光器作为捕获光源,首次提出并搭建了超连续谱双光束光纤光阱实验系统,实现了聚苯乙烯微球的捕获和操控。通过改变光纤端面间隔和调整捕获光功率的方式精确控制微球的位置,采用CCD图像分析方法实现了微球位置的精确测量。对微球受限布朗运动下的位置变化进行傅里叶变换,计算得到功率谱,与理论功率谱函数拟合后求出了其光阱刚度。结果表明,捕获光束的功率为28 mW时,光阱刚度达到1.3×10-6N/m,高于相同实验条件下单波长光纤光阱的刚度。与传统采用单色光作为捕获光源的光镊系统不同,超连续谱双光束光阱系统利用其宽谱优势,通过研究被捕获微粒的散射光谱信息可获取其尺寸、折射率等物理特征参数。     

主被动光学图像融合技术研究

本文应用扫描式激光成像雷达获取试验数据并实现对激光数据的三维成像处理,给出了基于目标特征的激光雷达图像与被动光学图像的数据融合方法,实现了激光图像和光学图像间的三维融合。试验结果表明,本文所提出的基于目标特征的两种不同质图像间的融合方法是可行的,融合后的图像具有丰富的光谱信息和三维立体信息。